Na początku tygodnia Polska Agencja Kosmiczna z dumą ogłosiła planowany na przyszły rok start polskiej misji kosmicznej Ignis, w której będzie uczestniczył polski astronauta – dr Sławosz Uznański. Misja będzie koncentrować się na eksperymentach, testach i badaniach prowadzonych na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) w ramach międzynarodowej współpracy. W misji udział wezmą również astronauci z USA, Węgier i Indii. O tej ekscytującej sprawie pisałem już szerzej tutaj.

I mogłoby się wydawać, że kosmiczne laboratorium okrążające Ziemię na wysokości ok. 420 km to idealne miejsce do przeprowadzania najróżniejszych badań – szczególnie tych wymagających warunków zerowej grawitacji. Tu naukowcom w skupieniu nie będą przeszkadzać hałaśliwi sąsiedzi, korki w drodze do pracy ani depresyjna pogoda. W dodatku wszelkie potencjalne niedogodności z nawiązką będzie rekompensował najlepszy na świecie „widok z okien” – możliwością podziwiania piękna naszej planety w pełnej krasie może się pochwalić bardzo nieliczna grupa ludzi.

Jednak wbrew pozorom praca na pokładzie ISS to nie tylko ambitne badania i możliwość cieszenia oczu kosmicznymi widokami – i to dosłownie. Astronauci muszą też brać pod uwagę zagrożenia, które, jak można się domyślić, są dziełem ludzi. Nasza niechęć do mierzenia się z konsekwencjami niemądrych działań i krótkowzrocznego wygodnictwa wpłynęła również na stan przestrzeni kosmicznej w bezpośrednim sąsiedztwie Ziemi.

Niepokojącym przykładem problemów generowanych przez nasze ponadczasowe lenistwo są wydarzenia, które miały miejsce na ISS 19 listopada bieżącego roku. Tego dnia załoga Międzynarodowej Stacji Kosmicznej była zmuszona do przeprowadzenia precyzyjnego manewru, dzięki któremu moduły stacji uniknęły kolizji z kosmicznymi śmieciami zagrażającymi integralności strukturalnej orbitalnego laboratorium. To niestety efekt stale rosnącej liczby orbitalnych elektrośmieci, które stanowią poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa astronautów, stacji kosmicznej oraz rakiet Falcon 9 i kapsuł Dragon należących do SpaceX.

Kosmiczne śmieci to wszelkie nieaktywne, sztuczne obiekty krążące wokół Ziemi, które nie pełnią już żadnej funkcji użytkowej. Zaliczają się do nich:

• nieczynne satelity – urządzenia, które zakończyły swoją misję lub uległy awarii,
• zużyte człony rakiet – fragmenty rakiet nośnych pozostające na orbicie po wyniesieniu ładunku,
• fragmenty powstałe w wyniku kolizji lub eksplozji – odłamki powstałe na skutek zderzeń między obiektami na orbicie lub celowych działań, takich jak testy broni antysatelitarnej,
• drobne elementy – takie jak odpryski farby czy cząstki stałego paliwa rakietowego.

Źródłem kosmicznych śmieci są zarówno planowane działania, jak i nieprzewidziane zdarzenia, w tym kolizje między satelitami czy testy broni antysatelitarnej.

Obiekty te poruszają się z ogromnymi prędkościami, sięgającymi nawet 28 000 km/h. Nawet niewielkie fragmenty mogą spowodować poważne uszkodzenia działających satelitów czy stacji kosmicznych. Przykładowo, odprysk farby może uszkodzić panel słoneczny lub przebić moduł ciśnieniowy stacji.

ISS jest chroniona przez osłony Whipple’a, które mają na celu rozpraszanie energii uderzeń małych odłamków. Jednak większe fragmenty stanowią poważne zagrożenie, dlatego konieczne są manewry unikania kolizji.

Osłony Whipple’a składają się z dwóch warstw, które wspólnie chronią ISS przed uderzeniami kosmicznych śmieci. Zewnętrzna tarcza, zwana bumper shield, wykonana jest z lekkich, ale wytrzymałych materiałów, takich jak aluminium czy stal nierdzewna. Znajduje się ona w pewnej odległości od głównej struktury stacji i ma za zadanie rozproszyć energię kinetyczną uderzającego obiektu. Wewnętrzna warstwa osłony stanowi zasadniczą część chronionego modułu, takiego jak przestrzenie mieszkalne lub naukowe.

Gdy odłamek uderza w osłonę, pierwsza warstwa nie zatrzymuje go całkowicie, lecz rozbija na drobniejsze fragmenty, które tracą znaczną część swojej energii. Powstała chmura odłamków trafia na wewnętrzną warstwę, gdzie ryzyko przebicia jest znacznie mniejsze. Dzięki tej konstrukcji, nawet drobne fragmenty poruszające się z prędkością kilkudziesięciu tysięcy kilometrów na godzinę mają minimalną szansę uszkodzenia kluczowych elementów stacji.

W odpowiedzi na prognozowane zbliżenie się niebezpiecznego obiektu, ISS przeprowadziła manewr unikania z góry określonych szczątków (PDAM). We współpracy z NASA, Roskosmosem i innymi partnerami stacji, uruchomiono silniki, aby zmienić orbitę stacji i uniknąć kolizji. Bez tego manewru fragmenty mogłyby zbliżyć się do stacji na odległość około 4 kilometrów.

Od początku eksploatacji ISS do maja 2021 roku stacja oficjalnie musiała wykonać 29 manewrów korygujących kurs w związku z zagrożeniem kolizją z kosmicznymi śmieciami, w tym trzy w samym 2020 roku.

Dokładna liczba manewrów w 2024 roku nie jest publicznie dostępna, ale incydenty takie jak ten z 19 listopada podkreślają ich regularność. Informacje o potencjalnych kolizjach pochodzą z systemów monitorowania przestrzeni kosmicznej, takich jak amerykański Space Surveillance Network. Systemy te śledzą tysiące obiektów na orbicie, przewidując ich trajektorie i potencjalne kolizje. Dzięki temu możliwe jest planowanie manewrów unikania i minimalizowanie ryzyka dla aktywnych satelitów i stacji kosmicznych.

Głównym źródłem „śmieciowego problemu” są systemy ASAT (Anti-Satellite Weapons), czyli broń przeznaczona do niszczenia satelitów na orbicie. Testy ASAT generują liczne odłamki, które przez długi czas krążą na orbicie, niczym kinetyczne pole minowe. Przykładem takich działań może być test przeprowadzony przez Rosję w listopadzie 2021 roku, który spowodował powstanie co najmniej 1500 odłamków, stanowiących zagrożenie dla ISS i innych satelitów.

W kontekście rosnącego problemu kosmicznych śmieci, misje takie jak Ignis są kluczowe dla testowania nowych technologii i prowadzenia badań, które mogą przyczynić się do opracowania skutecznych metod zarządzania odpadami na orbicie. Dzięki międzynarodowej współpracy i zaangażowaniu naukowców z różnych krajów, możliwe jest wypracowanie innowacyjnych rozwiązań, które zapewnią bezpieczeństwo przyszłych misji kosmicznych i ochronę infrastruktury orbitalnej.

źródło grafiki głównej: nasa.gov